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die Wärme eine Undichtheit des geschlossenen Ventils absolut nicht herbeiführen kann.

Wiederholte und ausgedehnte Versuche an ausgeführten, mit dieser Steuerung versehenen Maschinen, insbesondere an der neuen Betriebsmaschine der Herren Löblich & Sohn in Berlin, welchen in den Tagen. vom 10. bis 13. März d. J. mehrere Autoritäten und Sachverständige beiwohnten, haben die nachfolgenden Resultate festgestellt und die bedeutenden Vortheile dieses Systems gegen die Corliss- und Sulzer-Steuerung oder ähnliche Klinkenmechanismen erwiesen.

1) Sowol das Einlass- als auch das Auslassventil wird bei dieser Steuerung rasch gehoben und, was von grösster Bedeutung ist, ohne es fallen zu lassen, rasch geschlossen. Es wird hierdurch eine vollkommen zuverlässige, äusserst exacte Wirkung erzielt, während bei der Corliss-, Sulzer- oder ähnlichen Steuerungen das Einlassventil im Punkte seiner höchsten Erhebung fallen gelassen wird, was gerade jenen Theil der Wirkung, welcher den Werth der Maschine bestimmt, veränderlich und stets unzuverlässig macht.

2) Giebt diese Maschine alle Expansionsgrade zwischen 0,01 und 0,8 Cylinderfüllung, und zwar wird jede augenblicklich erforderliche und genügende Cylinderfüllung jederzeit vom Regulator bestimmt, wodurch selbst bei bedeutenden Widerstandsschwankungen eine stets constante Umdrehungszahl innegehalten wird und die Maschine unter allen Belastungen in der ökonomischsten Weise arbeitet.

3) Zeigt das Indicatordiagramm in Fig. 5, Taf. XVIII, welches bei 50 Umgängen pro Minute, als der Normalgeschwindigkeit der Maschine, aufgenommen wurde, dass jede Drosselung des Dampfes fast vollständig vermieden ist.

4) Hat sich gezeigt, dass man Maschinen mit dieser Steuerung mit bedeutend höherer Kolbengeschwindigkeit, die in Rede stehende selbst mit 80 bis 90 Umdrehungen pro Minute laufen lassen kann, ohne irgend welche, einen schädlichen Einfluss fürchten lassende Stösse wahrnehmen zu können. Die genannte Maschine lief mit 80 bis 90 Umdrehungen so geräuschlos, dass man selbst bei dieser Geschwindigkeit auf eine unerreicht lange Dauer des Dampfdichtbleibens der Ventile schliessen kann, da sich die Geschwindigkeitsverhältnisse beim

Ventilschlusse nie, auch nur um ein Geringes, ändern können.

Dieser Umstand insbesondere bildet den hervorragendsten Vortheil der Collmann-Steuerung gegenüber der Corliss-, Sulzer- oder ähnlichen Steuerungen, da bei diesen letzteren die Geschwindigkeit des Ventilschlusses von der Grösse des schliessenden Gewichtes oder Federdruckes von dem leichtveränderlichen Luftbuffer widerstand, und von den stets veränderlichen Reibungswiderständen, besonders in den Stopfbuchsen abhängt und daher selbst bei grosser Aufmerksamkeit niemals constant erhalten werden kann. Dieser Umstand bedingt, dass man bei der Sulzer - Steuerung und den Klinkensteuerungen im Allgemeinen, um sicher zu gehen, mit der Endgeschwindigkeit beim Ventilschluss im normalen Gange um ein nicht unbedeutendes unter dem zulässigen Maximum bleiben muss, um nicht durch zufällige Ueberschreitung dieses Maximums sich dem Ruin der Dampfabschlussorgane auszusetzen.

5) Sind bei dieser Steuerung alle Luftbuffer, Klinken und Spiralfedern gänzlich in Wegfall gekommen, und ist der Mechanismus keinerlei Abnutzungen, welche ein häufiges Auswechseln von einzelnen Theilen bedingen würden, unterworfen. Selbst minder geübte Maschinisten sind daher zur Wartung einer derartigen Maschine geeignet, ohne den Besitzer der Gefahr auszusetzen, dass sich die Wirkungsweise der Steuerung durch Unkenntniss oder Unachtsamkeit verschlechtere; der Besitzer ist aus diesen Gründen bei Weitem nicht so abhängig vom Maschinisten, wie es bei den anderen angeführten Steuerungen der Fall ist, wo die heikliche Luftbufferwartung, verbunden mit der Nothwendigkeit, von Zeit zu Zeit einzelne Theile auswechseln zu müssen, die correcte und ökonomische Arbeit der Maschine vollständig von der Befähigung und Aufmerksamkeit des Maschinenwärters abhängig macht.

6) Erweist sich der Zustand der Ventile, insbesondere der Schlussflächen derselben, selbst nach jahrelanger Arbeit, als ein durchaus tadelloser, und durch die eingehendsten Experimente ist erwiesen, dass die Construction, namentlich dieser Schlussflächen, selbst unter den verschiedensten Temperaturen, stets einen absolut dichten Abschluss der Doppelsitzventile unbedingt herbeiführt.

Theoretische Untersuchung der Dampfarbeit in der Compound - Receiver - Maschine.

Von M. Westphal, Ingenieur in Berlin.

Die Bedeutung, welche die Compound-ReceiverMaschine in der Neuzeit gewonnen, führt zu der Nothwendigkeit, nach den besten Verhältnissen zu deren Construction zu suchen, um sich in allen Fällen die Vortheile dieses vorzüglichen Maschinensystems voll zu sichern und Missgriffe zu vermeiden. Wenn auch auf theoretischem Wege entwickelte Formeln ohne sorgfältig angestellte Versuche an ausgeführten Maschinen nicht den Anspruch machen können, endgiltige Re

sultate zu liefern, so ist es doch ohne eine theoretische Untersuchung weder möglich, zu einer Klarheit in der Wirkungsweise zu gelangen und das Erreichbare kennen zu lernen, noch auch aus Versuchsresultaten den vollen Nutzen zu ziehen.

Die Streitfrage, welches Gesetz zwischen der Spannung des Dampfes und seinem Volumen bei der Expansion anzunehmen sei, ausser Acht lassend, soll hier angenommen werden, dass dieses Gesetz das

Mariotte'sche sei. Es vereinfacht nicht allein diese Annahme die Rechnung, sondern es scheint dasselbe im Durchschnitt auch das zutreffendste zu sein. Es ist hier gesagt im Durchschnitt, weil in jeder Maschine dieses Gesetz ein anderes sein wird, je nach den Nebenumständen, welche alle zur Bildung desselben mit thätig sind. Zu diesen gehören der Wassergehalt des Dampfes, die Wärmeabführung und bei Mantelheizung Wärmezuführung der Cylinderwände, das Nachdampfen während der Expansion, der Grad der Dichtigkeit der Kolben und Schieber bezw. Ventile.

Nach diesem (Mariotte'schen) Gesetze soll auch die Compression des Dampfes angenommen werden, und es ist daher die Arbeit, welche Dampf von der Spannung p1 und dem Volumen v bei seinem Uebergange in p2 und v2 verrichtet

v2

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und zwar eine Expansionsarbeit, wenn der Ausdruck positiv ist, im anderen Falle eine Compressionsarbeit. Das Product pv giebt hierbei ein Mass für die Dampfmenge, wenn man sich in allen Fällen eine Reduction auf denselben Druck ausgeführt denkt und die dann resultirenden Gewichte mit einander vergleicht.

Wenn zwei Dampfmengen, die eine vom Volumen v1 und der Spannung p1, die andere vom Volumen v2 und der Spannung p2 durch Herstellung einer Communication zwischen v1 und v2 sich mischen, so kann die resultirende Spannung p nach der Gleichung p (v1 + v2) = P1 v1 + P2 V2 (2) berechnet werden. Dieses Gesetz mag durch die Condensation an den Wänden des kälteren Raumes, welcher durch Einführung eines Coefficienten Rechnung getragen werden kann, mehr oder weniger beeinflusst werden, im Uebrigen kann es für den praktischen Gebrauch als ausreichend zuverlässig angesehen werden.

Die Dampfarbeit, welche beim Mischen der beiden Dampfmengen (im vorliegenden Falle z. B. beim Einströmen des Dampfes aus dem kleinen Cylinder in den Receiver, oder beim Einströmen in den schädlichen Raum eines Cylinders) geleistet wird, kommt der Maschine nicht zu Statten, kann also als Arbeitsverlust angesehen werden. Da nach der Mischung die Spannungen p1 und p2 in p übergehen, so ist dieser Arbeitsverlust

Der Arbeitsverlust wird gleich Null, derselbe wird also vermieden, wenn pi p2 ist. Man muss demnach bei Receivermaschinen den Spannungsverlust beim Eintritt des Dampfes aus dem kleinen Cylinder in den Receiver vermeiden und die Verhältnisse so wählen, dass der aus dem kleinen Cylinder austretende Dampf im Receiver dieselbe Spannung antrifft. Unvermeidlich sind die Arbeitsverluste, welche durch Eintreten des Kesseldampfes in den schädlichen Raum des kleinen Cylinders und durch Eintreten des Receiverdampfes in den schädlichen Raum des grossen Cylinders entstehen. Diese lassen sich nur durch möglichste Verkleinerung der schädlichen Räume vermindern, nicht aber wegschaffen.

Wird eine Dampfmenge in einer Dampfmaschine in beliebiger Weise bald Expansionen, bald Compressionen ausgesetzt, die dabei geleisteten bezw. aufgewendeten Arbeiten stets auf die Kolben der Maschine übertragen, so dass also keine Spannungsverluste eintreten, so ist die schliesslich geleistete Arbeit, wenn Expansion wie Compression nach dem Mariotte'schen Gesetze erfolgen, gleich p1 v1 In 22, worin p1 und 1 Pressung und Volumen zu Anfang und v2 das Volumen zu Ende aller Operationen bedeuten, wie durch wiederholte Anwendung der Gleichung (1) hervorgeht. Alle Zwischenoperationen sind demnach gleichgiltig und es kommt nur auf den Anfangs- und den Endzustand an.

v 2 1 1

P1

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↑ den Condensations coefficienten, d. h. eine Zahl, welche der Condensation des Dampfes im Receiver Rechnung trägt,

A die pro Hub die Maschine passirende Dampfmenge, vergl. Gleichung (5),

a einen Winkel, dessen Bedeutung aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht,

ß und 1 Winkel, gegeben durch die Gleichungen (9) und (16).

Die Hauptvortheile der Compound-Receiver-Maschine bestehen ausser in dem Nichtvorhandensein eines todten Punktes in der Gleichförmigkeit der Bewegung für einen der Drehung der Kurbelwelle gleichmässig entgegenstehenden Arbeitswiderstand und in der guten Ausnutzung des Dampfes durch hohe Expansion.

Um das erstere in möglichst vollkommenem Grade zu erreichen, soll die Bedingung gegeben werden:

I. Dass in den vier Quadranten einer Umdrehung des Schwungrades die Dampfarbeiten in der Maschine gleich gross sind.

Das Letztere involvirt die Bedingung:

II. Dass kein Verlust an Dampfarbeit durch Spannungsverlust des aus dem kleinen Cylinder in den Receiver eintretenden Dampfes entstehe, dass also der aus dem kleinen Cylinder austretende Dampf im Receiver dieselbe Spannung antrifft.

An diese beiden Bedingungen schliesst sich noch die Continuitätsgleichung, welche ausdrückt,

III. dass die in den kleinen Cylinder eintretende Dampfmenge vermindert um die im Receiver stattgefundene Condensation, also multiplicirt mit dem Coefficienten v ebenso gross ist wie diejenige, welche in den grossen Cylinder gelangt. Sie wird gegeben durch die Gleichung:

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P21

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e + 81. 1

ΤΑ

Ρ

(6).

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V1+ cos a 2

+ W + ε2 V+ e2 V

1 + x ε 1

e 2 + 8 2 (eg +ε2) V

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[(13)

Um die Bedingung II. durch eine Gleichung auszudrücken, hat man die beiden Fälle zu unterscheiden, dass es kleiner oder grösser als 0,5 ist.

a) Es sei e2 < 0,5.

Man betrachte den Dampf im Receiver in Bezug auf seine Spannung und sein Volumen in den beiden Zeitpunkten: am Ende der Füllung im grossen Cylinder und gleich darauf am Hubende des kleinen Kolbens.

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b

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= P1 cos ẞ1 {(1+281) tg ẞ1—1-2μ} (17).

Fig. 2

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b

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Da a nur positiv sein kann, so muss wieder die Klammer auf der rechten Seite der Gleichung (17) ein ächter Bruch sein. Es ergiebt sich hieraus wieder eine Beschränkung für die Grösse von x. So folgt z. B. für σ = 1 und ε1 ε2 0, dass z< 2 sein muss; für σ = 1 und × 81 — E2 0,05

=

folgt, entsprechend μ=0,5, ле 1 und μ 2 bezw. x< 1,875, x<1,877, x<1,98.

im

Ein so kleines Cylinderverhältniss ist mindestens mit sehr kleinen Füllungen kleinen Cylinder verknüpft. Andererseits bietet der erste Fall e2 < 0,5 alle wünschenswerthen Vortheile, so dass auf die weitere Verfolgung des zweiten Falles e2>0,5 verzichtet werden soll. Die beiden zur Berechnung von zur Berechnung von e2 dienenden Gleichungen (10) und (17) zeigen, dass e2 vollständig unabhängig ist von e und e1, dass also die Gesammtexpansion sowie die Füllung im kleinen Cylinder keinen Einfluss hat auf die Erfüllung der Bedingung II.

Um eine Relation für die Bedingung I zu gewinnen, ist es nöthig, die Dampfarbeiten in den einzelnen Quadranten zu entwickeln. Es sei zu diesem Zweck die Quadrantenbenennung nach der kleinen Kurbel gewählt, so dass der erste Quadrant derjenige heisst, in welchem der kleine Kolben vom Hubende bis zur Hubmitte läuft u. s. w. Da sich der Vorgang nach den ersten beiden Quadranten wiederholt, so ist nur die Bedingung zu stellen, dass die Arbeit, welche der Dampf in dem ersten Quadranten verrichtet, gleich ist der Arbeit im zweiten Quadranten.

Es ist die Hinterdampfarbeit im kleinen Cylinder gleich

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Ꮴ + ɛ1 V ε1 2 x eV+¿ ̈V +ε, V

im ersten Quadranten

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+

V

W+ +22

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2 x

V 1— cos a

W

ln

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2

V 1-cos a

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2

+1

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μ +0,5 + ε 2 H
x (e2+ε2)
im zweiten Quadranten (21).

Der Ausdruck für die Arbeit im ersten Quadranten bedeutet eine Compressionsarbeit, da in dieser Periode der grosse Cylinder vom Receiver abgesperrt ist, und das Volumen um den halben kleinen Cylinder verkleinert wird. Der Ausdruck für die Arbeit im zweiten Quadranten besteht aus zwei Theilen, der erste ist die Expansionsarbeit bis zum Ende der Füllung im grossen Cylinder, der zweite die Compressionsarbeit des jetzt abgeschlossenen Dampfes bis zum Hubende des kleinen Kolbens. Zur Umformung dieser Ausdrücke sind die Gleichungen (5), (6) und (7) benutzt.

Die Expansionsarbeit im grossen Cylinder ist: V + ε 2 V P21 V (e2 + ɛ2) In oder gleich At In τ

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3,010

2,760

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+

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=0 (27).

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e2

Die Gleichsetzung der Summe aller im ersten Quadranten verrichteten Dampfarbeiten mit denen im zweiten Quadranten giebt die Relation für die Erfüllung der Bedingung I., und zwar erhält man nach der Reduction: (1 + 2 ε, x) 2 (u +0,5) +7]n (1+ε2) 47 (u+0,5+εq) + *4x (e+ε1) (1+ε1x) (u+1) (1+2ε2) 2x (u+T) (u +0,5) (u +0,5+ε2×) (u+1) (u+r)

e

€ (1+xε 1)+ln

e+ ε 1

1

2

+u ln

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Bei diesen Gleichungen (27), (28) und (29) ist bemerkenswerth, dass sie die Grössen a und es nicht enthalten, die Bedingung I. ist daher unabhängig von der Füllung im grossen Cylinder.

Ist der Gesammtfüllungsgrad e gegeben, so lässt sich für beliebige Werthe von μ die Grösse e2 aus den Gleichungen (10) und (11) und aus der Gleichung (27) bezw. (28) oder (29) berechnen und es sind somit, weil noch e1 = ex ist, alle Grössen bestimmt. ei die richtige Wahl von x wird der Bedingung I., durch die von e2 der Bedingung II. Genüge geleistet.

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Durch

Die nachfolgenden zwei Tabellen geben die Resultate der Rechnung für = 1 und zwar die erste mit &1 = 82 = 0, die zweite für die Annahme, dass Ε1 κ

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0,05 ist.

Tabelle I. 1 = E2 0.

0,270 0,303 0,335 0,411

Vorbehaltlich einer Correctur durch den Coefficienten 7, der durch Versuche zu ermitteln ist, sind hiermit die Regeln zur richtigen Wahl der Verhältnisse gegeben. Macht man die Füllung im grossen Cylinder stellbar, so kann man mit Hilfe des Indicators eg so corrigiren, dass ein Spannungsverlust vermieden wird. x muss so gewählt werden, dass die Gleichförmigkeit bei der durchschnittlich am meisten vorkommenden Gesammtfüllung (Regulatorexpansion vorausgesetzt) am grössten ist.

Ueber die Grösse von μ, also über die Grösse des Receivervolumens hat man nach dem Obigen noch freie Wahl. Je grösser man dasselbe macht, desto kleiner wird die Compressionsspannung im Receiver am Hubende des grossen Kolbens; ferner werden die statischen Kraftmomente auf die Kurbelwelle in den beiden Stellungen, einmal, wenn der kleine Kolben auf der Hubmitte und das andere Mal, wenn der grosse Kolben auf der Hubmitte sich befindet, desto weniger in ihrer Grösse differiren, je grösser u ist. Es ist nämlich das Verhältniss dieser beiden Momente gleich

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P3

2 (e + ε1) P

1

μ + 1 2(1+ε1×) μ+0,5

und es drückt der Zähler das Kraftmoment des grossen Kolbens, der Nenner das des kleinen aus. Wegen der Verluste durch die Condensation im Receiver wird man jedoch sich hüten müssen, den letzteren zu gross zu machen.

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